Задумывались ли Вы о причинах невысокой производительности и надежности компьютерной сети, особенно если в ней присутствуют протяженные коаксиальные сегменты? Очевидно, да. И выход из этой ситуации Вам тоже известен - заменить коаксиальные фрагменты на оптоволокно. Основным препятствием Вы считаете чрезмерно высокую стоимость волоконно-оптических линий и большие трудности при монтаже и обслуживании. Однако развитие специальных технологий обработки волокна и жесткая конкуренция между фирмами-производителями привели к устранению этих препятствий.

Стремительный прогресс в компьютерных технологиях немыслим без развития сетей передачи информации. От современных сетей требуются все большие скорости передачи данных на значительные расстояния. Традиционные методы, основанные только на коаксиальном кабеле и витой паре, приемлемы лишь в некоторых случаях.

Волоконная оптика позволяет осуществлять обмен информацией на существенно более высоких скоростях, по сравнению с медными кабелями, и имеет перед ними неоспоримые преимущества:

• малое затухание оптического сигнала в волокне приводит к возможности передачи данных на большие расстояния (> 100 км.) при относительно небольшом динамическом диапазоне оптических приемопередатчиков (20...30 дБ);
• очень большая полоса пропускания позволяет передавать по волокну гигантские потоки информации (до 10 000 Гбит в секунду), что сможет в обозримом будущем обеспечить потребности компьютерных технологий (ни одна другая (из известных сегодня) среда передачи не может конкурировать с оптическим диэлектрическим волноводом);
• крайне малый уровень рассеивания светового пучка в оптическом волокне обеспечивает очень высокую защищенность от несанкционированного доступа к передаваемой информации. Этому способствуют также буферные оболочки на волокнах, которые, помимо механической прочности, дают полную оптическую изоляцию от внешней среды. В многоволоконных кабелях не возникает проблемы перекрестного влияния, которое присуще многопарным медным кабелям;
• диэлектрическая структура волокна приводит к следующим полезным свойствам: полная гальваническая развязка приемников и передатчиков (разность потенциалов между корпусами электронного оборудования не влияет на работоспособность сети); невосприимчивость к внешним электромагнитным полям, что позволяет прокладывать оптические кабели в непосредственной близости от мощных источников помех, подвешивать на высоковольтных линиях электропередач и т.д.; высокая взрыво- и пожаробезопасность (вследствие отсутствия искрообразования) позволяет резко повысить безопасность сетей передачи информации на нефтеперерабатывающих, химических и других предприятиях повышенного риска.

Минимальный срок службы волоконно-оптического кабеля составляет в среднем 25 лет. Деградация волокна связана с диффузионным проникновением в стекло различных примесей, приводящих к увеличению затухания в волокне и ухудшению его механической прочности.

Недостатки волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) связаны в основном с дороговизной прецизионного монтажного оборудования, относительно высокой стоимостью интерфейсного оборудования и работ по монтажу и тестированию сетей связи. Однако в связи с расширением рынка оптоволоконных технологий отчетливо видна тенденция к снижению стоимости инсталляции ВОЛС. Этот факт хорошо иллюстрирует пример, следующий далее. Два-три года назад полная стоимость волоконно-оптических проектов (включая стоимость 4-х волоконного кабеля и полный комплекс работ) в Республике Беларусь составляла около 4-5 тысяч долларов за один километр. Сегодня аналогичные проекты обходятся заказчикам в сумму от 1000 до 2500 долларов в зависимости от типа применяемого кабеля и условий его прокладки.

Преимущества ВОЛС настолько велики, что несмотря на некоторые недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы применения волоконно-оптических технологий в информационных сетях очень велики.

Волоконную оптику рекомендуется применять в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных; химическом, металлургическом и др. производствах, где очень важна помехозащищенность и невосприимчивость к воздействию окружающей среды; глобальных телефонных и других системах связи, требующих передачи на сотни и тысячи километров высокоскоростных информационных потоков.

Широко применяются ВОЛС в системах кабельного телевидения, когда необходимо охватить большие жилые районы и обеспечить передачу большого количества телевизионных каналов, в том числе каналов телевидения высокой четкости, с возможностью в перспективе предоставить услуги мультимедийных служб, интерактивного телевидения и др.

Особо хочется выделить глобальную сеть Internet. Обеспечить растущую потребность в недорогих широкополосных линиях связи можно только применяя оптический кабель.

1. Оптическое волокно

Оптическое волокно представляет собой среду, передающую оптический сигнал подобно тому, как волновод СВЧ диапазона передает электромагнитную волну внутри себя. Основные физические процессы (полное отражение от границы сред, наличие критической длины волны, при переходе через которую происходит смена одномодового режима распространения волны на многомодовый, отражение от любых неоднородностей, возможность фазированного сложения или разделения волн и т.д.) одинаковы для этих передающих сред.

Оптическое волокно имеет два концентрических слоя - сердцевину (ядро) и оптическую оболочку. По сердцевине переносится оптическая энергия. Оптическая оболочка обеспечивает полное внутреннее отражение света в ядро за счет меньшего показателя преломления. Различие в показателях преломления сердцевины и оболочки невелико: от 1 до 4 процентов в зависимости от типа оптического волокна. Производители строго поддерживают эту разность для получения нужных характеристик волокна.

Передача света вдоль волокна зависит от геометрических размеров сердцевины и оболочки, профиля показателя преломления в сердцевине, материала волокна, способа инжекции света в ядро волокна.

Волокно имеет малые геометрические размеры. Наиболее распространенные оптические волокна имеют диаметр оптической оболочки 125мкм (микрометров). Диаметр ядра варьируется в зависимости от типа волокна: 8..10мкм - для одномодового, 50 или 62.5мкм - для многомодового.

Широко используемые в настоящее время волокна изготовлены из сверхчистого диоксида кремния (плавленый кварц). Для получения требуемого показателя преломления в кварц добавляют примеси. Производят волокно методом вытягивания из расплава через прецизионные отверстия на специальных установках, причем ядро и оптическую оболочку получают в одном технологическом цикле.

В сетях передачи данных чаще используются следующие типы волокон:

У многомодового градиентного и у одномодового волокна со смещенной дисперсией показатель преломления ядра зависит от радиуса. Такой профиль делается для улучшения технических параметров волокна, основным из которых является дисперсия.

Дисперсия - это расширение светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Дисперсия ограничивает ширину полосы пропускания и, как следствие, информационную емкость волокна. Измеряется в пикосекундах на километр (пс/км). Чем ниже скорость передачи сигналов или чем короче расстояние между передатчиком и приемником, тем большая дисперсия допустима. Для многомодового кабеля производители указывают не значение дисперсии, а величину полосы пропускания. Полоса пропускания в 500 МГц*км означает возможность передачи сигнала в полосе частот 500 МГц на расстояние в 1 км. Это также означает, что произведение максимальной частоты сигнала в мегагерцах на длину линии связи в километрах не может превышать 500.

Следует также иметь в виду, что полоса пропускания имеет разные значения для различных длин волн передаваемого сигнала в одном и том же волокне. Как правило, значение полосы пропускания для оптического кабеля указывается производителем на длине волны 1300 нм (нанометров). Это же замечание справедливо и для значения затухания сигнала в волокне. В то же время в небольших локальных сетях используются относительно недорогие приемо-передающие устройства с длиной волны 850 нм. На этой длине волны многомодовое волокно имеет основные параметры значительно хуже, чем на длине волны 1300 нм (в 3-4 раза). При проектировании ВОЛС надо внимательно подходить к выбору приемопередающего оборудования и применяемого волокна.

Затуханием называется потеря оптической мощности при движении света по волокну. Измеряется в децибелах на километр (дБ/км). На затухание влияют потери при поглощении, потери при рассеивании, кабельные потери. Первые два вида потерь называют собственными. Они зависят от чистоты изготавливаемого волокна и наличия неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Кабельные потери обусловлены деформациями, скруткой и изгибами волокон, возникающих в процессе производства кабеля, а также в процессе инсталляции ВОЛС. Соблюдение требований стандартов при прокладке кабеля, монтаже оптических муфт и боксов гарантирует вклад в общее затухание со стороны кабельных потерь не более 15-20 процентов.

(Продолжение следует)

Материал подготовил СОКОЛОВСКИЙ Д.Т.,
ведущий специалист фирмы "Сетевые Системы"

По вопросам построения сетей с применением волоконно-оптических технологий обращайтесь по тел. 236-56-98